6.3动力转向系统概述课件-《汽车底盘构造与维修》同步教学（中国石油大学出版社）

转向系统的构造与检修目录CONTENTS转向系统概述01机械式转向系统概述02动力转向系统概述03电子控制动力转向系统概述04转向系统常见故障的诊断与维修05动力转向系统概述03

由于机械转向系统不能同时满足转向轻便和转向灵敏的要求，因此几乎所有乘用车和商用车都装备了动力转向系统。采用动力转向系统的汽车，在正常情况下转向时，由驾驶员操纵机械转向系统，一方面提供转向所需的一小部分能量，另一方面带动转向助力器工作，由发动机（或蓄电池）通过转向助力器提供转向所需的大部分能量。一、动力转向系统的作用

普通动力转向系统主要是液压转向系统。按液流形式不同，可分为常压式和常流式两种；其中液压常流式动力转向系统应用广泛；按控制阀阀芯的运动方式不同，可分为滑阀式和转阀式两种。

电子控制动力转向系统根据动力源的不同又可分为液压式电子控制动力转向系统和电动式电子控制动力转向系统。液压式电子控制动力转向系统根据控制方式的不同，可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。此外，有些高级轿车还采用了四轮转向系统，它可以让汽车的前轮和后轮同时发生偏转。在汽车低速行驶时，前轮和后轮的偏转方向相反，可提高汽车转向灵敏度；高速行驶时，前轮和后轮的偏转方向相同，可提高汽车操纵稳定性。二、动力转向系统的类型

此处以与齿轮齿条式机械转向器配用的普通液压式动力转向系统为例进行说明。它是在齿轮齿条式机械转向器的基础上加装了转阀式转向控制阀、转向动力缸、储油罐、叶片式转向油泵、进回油管等部件，如图6-19所示。转阀式转向控制阀主要由扭杆、阀芯、阀体等部件组成，如图6-20所示。扭杆是在扭矩作用下可产生弹性变形的杆件，它从中空的阀芯中穿过，上端通过销钉与阀芯上端的花键部分（连转向轴）连接，下端与小齿轮刚性连接。阀体下部又以销轴与小齿轮刚性连接。三、动力转向系统的结构

阀体呈圆筒形，其外圆柱表面开有七道环槽，其中四个窄且浅的是密封环槽，三个宽且深的是油环槽，密封环槽和油环槽相间布置。油环槽底部开有与内壁相通的油孔，中间油环槽的油孔较大，是进油通道。两侧油环槽的油孔较小，分别与动力缸的左、右腔相通。阀体内表面的内壁上开有六个（有的是八个或十个）不贯通的纵向凹槽。阀芯也制成圆筒形，其外圆表面和阀体滑动配合，在扭杆发生扭转变形时，阀芯与阀体能相对转动。阀芯和阀体的配合间隙很小，配合精度高，维修时不可单独更换。阀芯的外表面也开有六个纵向不贯通的凹槽，凹槽底部开有回油孔。相对于凹槽，阀芯外表面没开凹槽的地方也就形成了六个凸肩，装配后，和阀体的六个纵向凹槽相对应。凸肩的宽度比阀体凹槽的宽度要小，因此每个凸肩左、右与阀体纵向凹槽配合处都有间隙，这些间隙称为预开间隙。三、动力转向系统的结构

当汽车直线行驶时，转阀处于中间位置，所有阀芯的凸肩和阀体的凹槽之间的预开间隙都相等，如图6-21所示。来自转向油泵的工作液向阀体的三个供油孔供油，油液通过两侧的预开间隙、阀芯的径向孔进入阀芯和扭杆之间的环形腔，流回储油罐。动力缸左、右腔都通过相等的预开间隙与储油罐相通而处于开路状态，所以没有压力差，因此不产生助力作用。四、动力转向系统的工作原理当汽车转向时（假设向左转），转向盘带动转向轴转动，转向轴又带动阀芯转动，而阀芯通过销钉带动扭杆逆时针转动，如图6-22所示。因为扭杆下端和转向小齿轮刚性连接，即扭杆又要带动小齿轮逆时针转动。但由于转向阻力的存在，扭杆与阀芯连接的上端和与小齿轮连接的下端出现相对扭转，即上端相当于下端向前转过一个角度，而阀芯和扭杆上端同步运动，阀体通过销钉和小齿轮连在一起，即阀体和扭杆下端同步运动，因此阀芯相对于阀体向前转过一个角度。四、动力转向系统的工作原理

此时阀体进油口处通动力缸右腔的预开间隙被关闭，通左腔的预开间隙开度增大，与此同时，动力缸右腔通阀芯径向回油孔的预开间隙也增大，压力油压向动力缸左腔，使该腔压力升高，活塞向伸出转向器方向移动，即将齿条推出转向器，起转向助力的作用，汽车向左转弯。动力缸右腔的油液被压出，通过阀体孔、阀芯径向回油孔、阀芯与扭杆间的间隙、回油道流回储油罐。同时小齿轮在齿条的带动下也逆时针转动，并带动和其刚性连接的阀体和扭杆下端一起转动，使扭杆变形量减小，即阀体和阀芯的相对角位移量减小。但是，只要转向盘继续转动，弹性扭杆的扭转变形便一直保持不变，阀体和阀芯之间的相对角位置也不变，转向助力作用就一直存在，转向轮将继续向左偏转。四、动力转向系统的工作原理当汽车右转弯时，助力原理和左转弯是一样的，只是各相关部件的运动方向同左转弯时相反。当转向盘停在某一位置不再继续转动时，阀体随小齿轮在液力和扭杆弹力的作用下，沿转向盘转动方向旋转一个角度，从而与阀芯的相对角位移量减小，左、右油缸油压差减小，但仍有一定的助力作用。此时的助力转矩与车轮的回正力矩相平衡，使车轮维持在某一转向位置上。四、动力转向系统的工作原理在转向过程中，转向盘转得越快，弹性扭杆的扭转速度就越快，阀芯相对于阀体产生角位移的速度也越快，从而使动力缸左、右两腔产生油压差的速度加快，转向轮偏转的速度也相应加快。由上述分析可知，转阀式动力转向装置能使转向轮偏转的角度随转向盘转角的增大而增大；转向轮偏转的速度随转向盘转动速度的加快而加快；转向盘停止转动并维持转角不变，转向轮也随之停止偏转并维持偏转角不变，因而具有随动作用。在正常情况下，驾驶员操纵转向盘所提供的转向力矩主要用来使弹性扭杆产生扭转变形，以控制转向过程，进而克服路面转向阻力及转向传动机构摩擦阻力。使转向轮偏转所需要的动力则主要由转向动力缸提供。四、动力转向系统的工作原理若在前述维持转向的位置上松开转向盘，被扭转变形的弹性扭杆上端将按顺时针方向自动转过一定角度而恢复自由状态，转阀则在随之同向转动的扭杆的带动下恢复到中间位置，动力缸停止工作，转向轮在回正力矩作用下自动回正。如果需要液压加力，驾驶员可以回转转向盘，使动力转向装置帮助转向轮回正。当汽车直线行驶偶遇外界冲击力使转向轮发生偏转时，冲击力通过转向传动机构、齿轮齿条转向器和阀体下部销钉作用在阀体上，使之与阀芯之间产生相对角位移，这样导致动力缸左、右腔油压不等，产生了与转向轮转向相反的助力作用。在此力的作用下，转向轮迅速回正，保证了汽车直线行驶的稳定性。并且，助力装置减小了因转向轮的摆振而引起的转向盘的摆动，有效避免了转向盘的“打手”现象，因此，助力装置也起到了减振器的作用。四、动力转向系统的工作原理四、动力转向系统的工作原理如图6-23所示，由于路面不平产生一个力FA，该力作用在汽车前轮上，并使前轮绕旋转中心D转动。由此产生作用在齿条上的作用力FZ，该力导致小齿轮和扭杆发生扭转，即阀体相对于阀芯转动，转动效果与汽车左转弯转动方向盘时阀芯相对阀体的转动效果一样。于是通往动力缸右腔的供油口被打开，动力缸左腔与回油口相接，左、右两腔产生油压差，活塞和齿条上的反作用力FR会平衡FZ，从而防止方向盘转动。在转向过程中，动力缸中的油液压力是随转向阻力的变化而变化的。而动力缸中油压的变化又受控于弹性扭杆的扭转变形量：转向阻力增大，弹性扭杆的扭转变形量也增大，阀芯相对于阀体的角位移量增大，从而使动力缸中油压升高；反之则使动力缸中油压降低。显然，弹性扭杆的扭转变形量取决于转向阻力的大小。在此过程中，弹性扭杆因扭转变形而产生的反作用力（与转向阻力成递增函数关系）传到转向盘上，使驾驶员能感觉到转向阻力的变化情况，因此这种转阀式动力转向装置具有“路感”作用。四、动力转向系统的工作原理一旦液压助力装置失效，该动力转向器即变成机械转向器。此时若转动转向盘会带动阀芯转动，同时通过扭杆带动阀套和小齿轮转动，以保证汽车转向。这时转向变得沉重，转向盘自由行程增大。

为了保护扭杆不使其过载，在阀芯和阀套上设置有限位机构。当阀芯相对阀套转过一个小角度（一般为5°～6°）后，限位机构即起作用，由阀芯直接带动转向齿轮旋转（扭杆不再进一步产生扭转变形）。常用的限位结构形式如图6-24所示。图6-24（a）所示的限位机构中，阀芯下端伸出的两个凸起插在阀套的两个缺口中进行限位；在图6-24（b）所示的限位机构中，阀芯下端的菱形部分插在阀套中间的凹陷部位进行限位；在图6-24（c）和图6-24（d）所示的限位机构中，则分别利用花键和凸台对阀芯转动进行限位。四、动力转向系统的工作原理转向油泵是液压式动力转向装置的能源，一般由发动机驱动，其作用是将输入的机械能转换为液压能输出。转向油泵有齿轮式、叶片式、转子式和柱塞式等几种形式。曾被广泛采用的齿轮式转向油泵的构造及工作原理与发动机润滑系统中的齿轮式机油泵类似。叶片式转向油泵具有结构紧凑、输油压力脉动小、输油量均匀、运转平稳、性能稳定、使用寿命长等优点，在现代汽车中采用较多，故以下仅介绍叶片式转向油泵。五、转向油泵（1）单作用非卸荷式叶片泵。单作用非卸荷式叶片泵主要由端盖、驱动轴、转子、定子、叶片及壳体组成，如图6-25所示。五、转向油泵1）输入轴（2）双作用卸荷式叶片泵。双作用卸荷式叶片泵也由转子、定子、叶片、端盖等组成，如图6-26所示。与单作用叶片泵的不同之处在于：双作用叶片泵的转子与定子的中心相重合；定子的内表面不是圆形而是一个近似的椭圆形，它由两条长半径R（ab、a′b′）和两条短半径r（cd、c′d′）所决定的圆弧以及四段过渡曲线组成。当转子旋转，叶片由短半径向长半径处运动时，两叶片间油腔的工作容积逐渐增大，形成局部真空而吸油；五、转向油泵

叶片式转向油泵的结构如图6-27所示，左端盖和右端盖以外圆柱面与壳体的内孔滑动配合，配合表面之间装有O形密封圈，其中密封圈使右端盖的右侧（与油泵的压油腔、出油道均相通）与壳体的进油腔隔开。定子即位于左、右端盖之间的进油腔内，其两端与左、右端盖的接合端面靠弹簧的弹力压紧，弹性挡圈限制端盖在弹簧作用下向左轴向移动。2.叶片式转向油泵的结构及工作原理五、转向油泵2.叶片式转向油泵的结构及工作原理两个定位销使定子与左、右盖周向定位，右端盖又通过定位销与壳体周向定位，从而保证了端盖各油口以及壳体进、出油道之间正确的相对位置。在右端盖上开有两个对称的吸油凹槽，两凹槽均与进油腔相通，实现双边进油，以利于增大油泵的流量。此外，在左、右两端盖上还对称开有两个压油凹槽，转子工作腔内压出的高压油流入其中的左端盖压油凹槽后，经定子上的八个轴向通孔汇集于右端盖的压油凹槽内，右端盖的压油凹槽开有轴向通道，与出油道相通。五、转向油泵2.叶片式转向油泵的结构及工作原理在左、右端盖与转子叶片槽根部相对应的圆周上分别开有环形油槽，高压油经端盖与转子之间的间隙进入环形油槽后，即可流入叶片槽根部的小油腔内，迫使叶片可靠地压向定子内表面。转子位于定子的内孔中，以三角形花键孔与驱动轴的花键轴段相配合。转子沿圆周方向均匀地开有条径向切槽，每条槽内装有可沿槽径向滑动的矩形叶片，叶片两长边制成圆弧形，以利于与定子内表面良好接触，这种接触必须可靠，以保证油泵正常工作。为此，除依靠叶片本身的离心力外，还在叶片槽根部制有小油腔。五、转向油泵

驱动轴右部轴颈通过向心球轴承支承在壳体上，轴的左端插入左端盖中的无内圈滚针轴承中，起支承作用。轴的左中段制有三角形花键；轴的右端与皮带盘相配合，发动机传出的动力由此输入，通过花键带动转子旋转。

叶片式转向油泵的输出油量随转子旋转速度（从而随发动机转速）的升高而增大。转向油泵设计时一般须保证即使在发动机怠速运转状态下，油泵的输出油量也能足快速转向所需的动力缸活塞移动速度的要求。这样，当发动机转速较高时，油泵的输出油量将过大，导致油泵消耗功率过多和油温过高。油泵的输出油压取决于液压系统的负荷（动力缸活塞所受的运动阻力，也可以理解为油液的流通阻力）。输出油压过高，将导致动力缸和油泵超载而损坏其零件。为此，在进出油道之间装有控制流量的溢流阀和控制压力的安全阀。五、转向油泵2.叶片式转向油泵的结构及工作原理当输出油量不大，而输出油压过高（如油道堵塞等原因造成）时，过高的油压同样经感应小孔、横向油道传至溢流阀左侧，迫使钢球和安全阀压缩弹簧而右移，则高压油可通过带滤网的螺塞的中心孔经进油道流回进油腔，从而降低了输出油压。当输出油量过大时，出油管接头内节流孔中油液的流速很高，其静压力相应很低，此压力经